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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Aluminium
oder Aluminiumlegierungen ohne Verwendung von Flussmitteln.
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Das
Verbinden von Metallen durch Adhäsion (Löten oder
Hartlöten),
d. h. die Verwendung von zusätzlichen
Materialien für
das Verbinden, ist bereits bekannt. Ein Verbinden von Metallen durch
Kohäsion (d.
h. Verschweißen
mittels geschmolzenem Metall oder mittels Druck), d. h. wenn die
zum Verbinden verwandten Materialien einheitlichen Zustand von Materialzustände zu einander
formen, ist ebenfalls bekannt. Im Falle der Kohäsion ist es möglich, die Flächen der
zu verbindenden Teile durch Erhitzen in einen nicht-flüssigen Zustand
zu bringen und die Verbindung durch Druck zu erreichen.
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Beim
Verbinden von Aluminiumteilen hat sich das Verbindungsverfahren
als schwer kontrollierbar erwiesen, teils aufgrund der oft kurzen Schmelzintervalle
des Aluminiums und dessen Legierungen, und teils weil die Oxydschicht – Al2O3 – eine Keramik
ist, die, auf die wirkliche Temperatur (ca. 600°C) erhitzt, eine Festigkeit
und Zähigkeit
besitzt, die schwierig ist, zu durchdringen. Dies trägt zur Bildung
einer wirksamen Barriere zur Verhinderung einer Reaktion, z. B.
mit einem Lötmittel,
bei. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, dass
der Schmelzpunkt von Al2O3 bei über 2000°C liegt.
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Ein
kommerziell bedeutsames Produkt, das zur Herstellung aus Aluminium
vorgesehen ist, sind Wärmetauscher,
vorausgesetzt, ein zuverlässiges Verbindungsverfahren
ist für
die Teile verfügbar.
An ein kommerzielles Verbindungsverfahren werden hohe Ansprüche gestellt,
vor allem wenn Ammonium als Kühlmittel
in einem Tauscher verwendet wird. Der Arbeitsdruck kann bis zu 40
bar erreichen.
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Aus
WO 91/04825 und US-A-4 754 913 ist ein Verbindungsverfahren für Aluminiumteile
bekannt, in dem ein röhrenförmiges Teil
mit einer Flansch verbunden werden soll. Mindestens eins der Teile
ist vor dem Verbinden beschichtet, und ein vibrierender Dorn wird
in das röhrenförmige Teil
geschoben, worauf eine Schwingung eingeleitet wird. Also wird eine „erzwungene
Schwingung" auf
eines der Teile übertragen,
und der aktive Effekt ist eine relative Bewegung zwischen zwei Teilen,
was zur Verbindung beiträgt.
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Die
in US-A-4 754 913 offenbarte Technik ist zudem beschränkt auf
die Verwendung von Lötbeschichtungen
aus Zink. Das Verfahren kann in Kürze als ein Schwingungsschweißen beschrieben
werden, das voraussetzt, dass die Verbindungsteile, wo eine metallische
Bindung vorgesehen ist, in gegenseitiger metallischer Berührung sind
und sich genau an diesem Berührungspunkt
relativ zu einander bewegen.
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Die
japanische Zusammenfassung 63-317 249 offenbart eine Laminierungstechnik
für Aluminium
oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung von beschichteten Materialen,
die unter dem Einfluss von Ultraschallschwingungen zur raschen Bildung
einer Verbindung gebracht werden. Das Verfahren setzt einen hohen
Druck mit einer plastischer Deformierung von 20–5% voraus, wie auch das korrekte Temperaturniveau
und eine gleichzeitige Ultraschallkonzentration auf die Verbindung.
Die Verwendung des Verfahrens ist auf flache Verbindungen mit Verbindungsteilen
von beschichteten Blechen beschränkt,
wobei der Ultraschall nur die Funktion hat, die Schweißgeschwindigkeit
zu erhöhen.
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DE-A-963
914 betrifft elektrische Lötstücke zum
Löten von
Aluminium. Das spitze Lötstück wird dabei
beweglich angeordnet und in oder angrenzend an die Lötschmelze
angebracht und ist konstruiert, um eine Schwingung bei einer Frequenz
von ca. 100 Hz an ein Werkstück
zu leiten. Das Lötstück arbeitet wie
ein Schwingungstreiber, der die Oxydschicht durchdringt.
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DE-A-735
861, eine Ergänzung
zu DE-A-720 629, betrifft eine Technik, die allgemein die Anwendung
von Schwingungen einer bestimmten Frequenz im Zusammenhang mit dem
Verbinden von Aluminiumteilen darlegt.
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US-A-3
680 200 betrifft eine Technik zum Löten von Röhren mit Hilfe von Ultraschall.
Das Verfahren setzt das Anbringen einer Rohrverbindung voraus, so
dass eine kontrollierte Spalte entlang der ganzen Peripherie des
Maleteils und des Femaleteils entsteht. Der Ultraschall wird seitwärts auf
das Maleteils bzw. die Femaleteils derart appliziert, dass sich die
Verbindungsteile an der Verbindung gegen einander bewegen, wobei
die Oxydschicht durch Friktion und mechanischen Einfluss beim Erhitzen
zerbricht. Die Toleranzen sind derart eingestellt, dass die Mindestgrenze
(0,05 mm) die für
den Ultraschall benötigte
Minimalentfernung für
die Friktionserzeugung durch mechanischen Einfluss ist. Die Obergrenze
ist eingestellt, um zu verhindern, dass das Lötmittel durch die Verbindung
fließt
und somit an Verbindungsstelle nicht mehr vorhanden ist. Das Verfahren des
US-Patentes kann, entsprechend dem, was in WO 91104825 oder in US-A-4
754 913 offenbart wird, als ein Schwingungsschweißen mit
darauf bezogenen gültigen
Ansprüchen
und Bedingungen charakterisiert werden. In der Praxis wäre es beinahe
unmöglich,
eine Rohrverbindung mit den oben genannten Dimensionstoleranzen
in einer laufenden Produktion zu bewerkstelligen. Außerdem kann
erwähnt werden,
dass das Lötmittel
bereits durch die Verbindung fließt, wenn die Spalten nur 0,1
mm groß sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungstechnik zu schaffen,
die ermöglicht,
Teile aus Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen sicher miteinander
in metallischen Bindungen ohne Verwendung von Flussmittel zu verbinden
unter Berücksichtigung
der Materialeigenschaften der beiden mit einander zu verbindenden
Teile und auch ein mögliches
Hartlöt-/Lötmaterial.
Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung
zum Verbinden von Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen.
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Dies
wird erreicht, indem das Verfahren die in den Ansprüchen genannten
Merkmale aufweist.
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Die
genannte Technik gemäß der vorliegenden
Erfindung ist keineswegs abhängig
von dem Druck oder der Friktion zwischen den zu verbindenden Teilen
an der Verbindungsstelle, wo die metallische Verbindung, eventuell
unter dem Einfluss eines Lötmittels,
zwischen den Teilen stattfinden soll. Die Toleranzansprüche an die
Verbindungstei le sind tatsächlich
weniger bedeutend, da vorgesehen ist, dass das Lötmittel geschmolzen ist und
in flüssigem
Zustand den Verbindungsraum ausgefüllt hat, bevor eine metallische
Bindung stattfindet. Ein Verbindungsteil bestehend aus einer recht
niedrigen Legierung aus reinem Aluminium mit einem engen Schmelzpunktintervall
hat eine verhältnismäßig enge Temperaturzone,
in der das Basismaterial die richtige Weichheit besitzt, um den
angebrachten Schwingungen (Ultraschall) zu ermöglichen, die Oxydschicht zu zerbrechen.
Die untere Grenze liegt ca. 40°C
unterhalb der unteren Grenze des Schmelzintervalls – Solidus.
Die obere Grenze ist direkt oberhalb von Solidus, in welchem das
Metall so weich ist, dass die Schwingungen die Verbindung zusammenbrechen lässt. Ein
Verbindungsteil bestehend aus einem Hochlegierungsaluminium mit
einem breiten Schmelzintervall hat eine andere und auch breitere
Temperaturzone, in welcher angebrachte Schwingungen erfindungsgemäß funktionieren.
Die untere Grenze liegt immer noch etwa 40°C unterhalb von Solidus, aber
die obere Grenze kann, aufgrand des breiteren Schmelzintervalls,
erheblich oberhalb von Solidus liegen. Die Zusammensetzung eines
Löt-/Hartlötmaterials
ist so angepasst, dass dessen Schmelzintervall zum Schmelzintervall
der betreffenden Verbindungsteile passt. Dies führt dazu, dass ein Austausch von
Metallkristallen nach dem Zerbrechen der Oxydschicht und bei der
konkreten Temperatur ermöglicht wird.
Der Austausch von Metallkristallen erzeugt an der Verbindungsstelle
eine neue Metalllegierung, deren Schmelztemperatur niedriger ist,
als die der Verbindungsteile, die miteinander verbunden werden sollen.
Theoretisch ist es auch möglich,
diese erfindungsgemäße Technik
ohne Verwendung von Löt/Hartlötmaterial
zum Verbinden von Teilen anzuwenden, unter der Voraussetzung, dass
Metalle mit hoher Legierung oder unterschiedlicher Legierung in den
zu verbindenden Teilen verwendet werden.
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Da
die Erhitzung verlängert
wird bis ein Zustand der Weichheit (vor Solidus) im Basismaterial erreicht
wird, schafft die Anbringung mechanischer Schwingung, mit dem Ziel
die Oxydschicht (Al2O3)
zu zerbrechen, eine Möglichkeit,
einen Austausch von Me tallkristallen in dem Grenzbereich zwischen
geschmolzenem und nicht geschmolzenem Material zu initiieren. Dieser
Austausch bildet an der Verbindungsstelle die gewünschte metallische
Verbindung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bedeutet eine Kombination aus Erwärmung und Anbringung von Schwingungen,
wobei die Erwärmung
zur Schaffung von Weichheit des Basismaterials an den konkreten
Verbindungsteilen zuerst durchgeführt wird. Frequenz, Effekt,
Amplitude und Dauer der Schwingungswellen können variiert werden. Eine Überwachung
der tatsächlichen
Wärmeverbreitung
und des erreichten Temperaturanstiegs sowie die Kontrolle von Dauer
und zugeführtem
Effekt in Bezug auf Schwingung und Erwärmung ermöglicht die Erreichung des korrekten
Temperaturdifferenz in Bezug auf die untere oder obere Temperaturgrenze
in Übereinstimmung
mit Solidus, damit der Austausch von Metallkristallen stattfinden
kann, was eine entscheidende Voraussetzung eines sich ständig wiederholenden
Produktionsprozesses ist. Die für
die Überwachung
und Kontrolle des erfindungsgemäßen Verfahrens
benötigte
Technik kann von Fachleuten erbracht werden, d. h. von einem ausgebildeten
Automatisierungsingenieur zusammen mit einem Metallurgen, weshalb
nachfolgend bloß die
Grundlagen dafür
beschrieben werden. Dasselbe gilt auch für die Anbringung von Schwingungen,
welchen Punkt man hinsichtlich praktischer und produktionstechnologischer Faktoren
auswählen
kann.
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Die
Verbindung, die zwischen den zu verbindenden Teilen gebildet werden
soll, muss mit einem Verbindungsteil mit einer sehr guten Passform
zwischen den Teilen seitwärts
zum Bindungspunkt konstruiert werden, damit das geschmolzene Lötmittel an
Ort und Stelle gehalten wird und nicht wegfließen kann, und damit sowohl
eine effektive Wärmeverteilung
zwischen den Verbindungsteilen als auch eine effektive Schwingungsverbreitung
von einem Verbindungsteil zum anderen erleichtert wird. Die Schwingungen
im Metall sind somit abhängig
von der angebrachten Frequenz, dem Effekt und der Amplitude, und
diese Schwingungen drängen
mehr oder weniger tief in die Oberflächenschichten der Verbindungsteile
hinein. Ein härteres
Metall fordert einen höheren Schwingungseffekt.
Die Schwingungen werden bei einer beginnenden Erweichung des Metalls
auch modifiziert. Sogar die Anbringungsfläche, d. h. die Größe der Fläche, auf
welcher die Schwingungen zu den Metallteilen verteilt werden, ist
für das
Ergebnis von Bedeutung.
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Eine
Wärmezufuhr
durch Induktion ist für
das Effektniveau und die Dauer der Schwingungen bedeutsam, mit anderen
Worten ergibt eine Verringerung der Wärme in Verbindung mit der Anbringung von
Schwingungen einen größeren Spielraum
bis das Material zusammenbricht. Eine große Schwingungsamplitude ergibt
normalerweise eine bessere Fähigkeit
die zähe
Al2O3-Schicht zu
zerbrechen.
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Es
ist auch möglich
die Al2O3-Schicht
hauptsächlich
durch Beizen zu entfernen, wobei die Oberfläche durch eine dünne (z.
B. 0,5 μm)
Zinkschicht geschützt
werden kann. Selbstverständlich
führt dies zu
ganz anderen Bedingungen, sowohl für die Anbringung von Schwingungen
und das Erhitzen als auch für
die Wahl des Hartlöt/Lötmaterials
und dessen Zusammensetzung.
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Um
ein klareres Bild vom Einfluss und der wechselseitigen Abhängigkeit
der oben genannten Faktoren zu geben, wird nachfolgend die Realisierung
einer speziellen Verbindung beschrieben, im Rahmen welcher zwei
ausgeweitete Rohre mit einem Rohrbogen verbunden werden sollen.
Beide Verbindungsteile werden mit Ringen aus Lötmaterial versehen. Was nachfolgend
beschrieben wird, ist allgemein für alle Arten von Verbindungen
aus Aluminium und für
alle Legierung für
Hartlöt-/Lötmittel
anwendbar, jedoch gehört
die ausgewählte
Verbindungsanwendung zu denen, die schwieriger zu realisieren sind.
Das beruht vorwiegend auf den vorherrschenden asymmetrischen Bedingungen
hinsichtlich der Wärmeverteilung
und des Wärmeaustauschs
mit der Umgebung. Der Wärmeverlust
von den geraden Rohrteilen ist wesentlich höher als der vom Rohrbogen Die
Wahl der Induktionsfrequenz steuert die Eindringtiefe der induktiven
Erhitzung. Eine höhere
Frequenz generiert eine geringere Eindringtiefe, obwohl die Ein dringtiefe
mit der Erhitzung des Materials zunimmt. Die andere Wärmeübertragung
in der Verbindung erfolgt durch Wärmeleitung und/oder thermische
Konvektion.
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Je
genauer die Anpassung zwischen den Verbindungsteilen ist?, wirkungsvoller
(od. effektiver) findet die Wärmeübertragung
in Form von Wärmeleitung
statt. Bei schlechter Anpassung wird die Wärmeleitung aufgrund von thermischer
Resistenz verhindert, wobei der Konvektionsanteil zunimmt. Der Konvektionsanteil
lässt sich
am schwierigsten einschätzen
und steuern.
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Das
Rohrstück,
das die Hitze zuerst aufnimmt, nimmt auch die thermische Ausdehnung
als Erstes auf. Wenn zunächst
das geweitete Rohrstück erwärmt wird,
kann die Anpassung in der Verbindung verloren gehen und dadurch
eine thermische Resistenz entwickeln. Das Gegenteil gilt, wenn der
Rohrbogen zuerst erhitzt wird, andererseits kann aber der Rohrbogen
schmelzen, bevor das geweitete Rohrstück das Temperaturniveau zur
Vollendung einer befriedigender Verbindung erreicht hat.
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Es
ist möglich,
sowohl den Bogen als auch die ausgeweiteten Rohrstücke durch
Verwendung einer Induktionsspule mit doppelter Wicklung gleichzeitig
zu erhitzen und dabei eine gleichmäßigere Temperaturverteilung
innerhalb des benötigten
Temperaturintervalls entlang des ganzen Verbindungsteils, das verbunden
werden soll, zu erzielen, was erlaubt, dass ein Hartlöten/Schweißen stattfindet
indem hartgelötet/geschweißt wird.
Mit längeren
Verbindungslängen
kann mehr Wärme
durch Wärmeleitung übertragen
werden (lineare Funktion), andererseits vergrößert sich die thermische Asymmetrie,
wenn mittels induktiven Erhitzens erwärmt wird.
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Wenn
nach dem Schmelzen des Hartlöt-/Lötmittels
der Verbindung mechanische Schwingungen zugeführt werden, wird eine dynamische
Phase im Verfahren eingeleitet. Schritt für Schritt wird stetig eine
neue Legierung in der Grenzzone zwischen den teilweise geschmolzenen
Verbindungsflächen
zwischen den Teilen geschaffen. In einer Analyse in einem Phasendiagramm
verändern
also die Phasentransformationskurven für das Löt- oder Basismaterial (von
fester zu geschmolzener Phase) an dem Verbin dungspunkt ihr Aussehen.
Während
dieser dynamischen Phase der angebrachten Schwingungen findet ein
ständiger
Austausch von Metallkristallen zwischen den Metallen der Verbindungsteile
und dem geschmolzenen Lötmittel
statt, wobei die in der Grenzzone neu entstandene Legierung sukzessiv
einen erhöhten
Gehalt an Lötmittelanteilen
erhält.
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Durch
die Anbringung der Schwingungen erweitert sich das Temperaturintervall,
innerhalb welchem man die Grenzen des Vorgangs in Bezug auf die
Temperatur erweitern kann.
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Die
Hauptaufgabe des Hartlöt-/Lötmaterials ist,
metallurgische Effekte in Zusammenhang mit Schwingungen herbeizuführen, um
effektive Hartlöt-/Lötverfahren
zu sichern.
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Ultraschallschweißen ist
als Konzeption bekannt und wird in Handbüchern als eine Kombination aus
Friktions- und Druckschweißen
erwähnt.
Gemeinsam für
beide beschriebenen Anwendungen ist die Notwendigkeit umfangreicher
Ausrüstung
und Werkzeuge. Erwähnt
wird auch der Bedarf an Hochdruck, und dass die Anbringung von Schwingungen direkt
auf den zu verbindenden Verbindungspunkt zu erfolgen hat. Dadurch
ist es schwierig, diese Verfahren anzuwenden, unter anderem wegen
der zu hohen Kosten, Platzmangel für sperrige Geräte, Unsicherheit
hinsichtlich der Durchdringung durch die Oxydschicht usw.
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Die
erfindungsgemäße Technik
beinhaltet einen ganz anderen Ansatzpunkt und Herangehensweise,
wobei der tatsächliche
Verfahrensablauf an der Verbindungsstelle bei der Erwärmung und
Anbringung von Schwingungen in Betracht gezogen wird, weshalb weniger
sperrige Geräte
verwendet und schwierigere Anwendungen (Schweißen/Hartlöten/Löten von Rohrbögen usw.)
durchgeführt
werden können.
Erfindungsgemäß ist es
möglich
mit Frequenzen wesentlich unterhalb des Ultraschalls zu arbeiten
sowie mit extrem hohen Amplituden. Dies vereinfacht die Ausbreitung
der Schwingungen im Metall zu der Verbindung. Offensichtliche Nachteile
sind jedoch ein hoher Lärm pegel,
Ansprüche
an nicht-elastischem und ungedämpftem
Festspannen der Verbindungsteile und hohe Ansprüche an die Temperatursteuerung.
Tatsächlich
sind Frequenzen unter 15000 Hz wegen des Lärms ungeeignet.
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Unter
Nutzung der Erfindung werden die erfindungsgemäßen Erhitzungs- und Schwingungsverfahren
in einer einfachen Anwendung nur grob gesteuert, aber in einer komplexeren
Anwendung mit hohen Forderungen nach einer sicheren und fehlerfreien
Verbindung wird anderseits das Verfahren z. B. durch eine optische
Temperaturmessung gesteuert, wobei das Thermometer über einen
Prozessor mit den induktiven Erhitzungs- und Ultraschallgeneratoren
verbunden ist, wobei das Temperatur- und Schwingungsverfahren gleichzeitig
entsprechend den gemessenen Temperaturen gesteuert wird. Eine mögliche Komplikation
beruht auf eventuellen Variationen in der Dicke der Al2O3-Schicht (2 bis 10 μm), was lokal entstehende Schmelzeinstiche
in Form von kleinen Löchern
bedeutet, durch welche die Schmelze entrinnen kann. Das Risiko ist
am höchsten
bei (zu) hohen Temperaturen und Schwingungen. Durch Beizen eines
leicht handzuhabenden Verbindungsstücks zu einer gleichmäßigen Stärke der
Oxydschicht oder zu einer totalen Entfernung der Schicht, wo die
Oberfläche
dann durch einen Zink-Überzug (0,5 μm) geschützt wird,
kann diese Komplikation bewältigt
werden. Verbindungsteile, die sich auf solche Weise nicht handhaben
lassen, können
vor dem Schweißen/Löten zu einer
ebenen Oxydschicht poliert werden.
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Die
Erfindung wird nun gemäß der in
den beigefügten
Figuren dargestellten Ausführungsform
beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine
Fläche
eines Querschnitts eines zu bildenden Verbindungspunktes zwischen
zwei Teilen entsprechend der erfindungsgemäßen Technik, z. B. wenn ein
gerades Rohr mit einem Rohrbogen verbunden wird, wobei ein Hartlöt/Lötmittel
an dem Verbindungspunkt vorhanden ist sowie die Vorrichtung zur
Durchführung des
Verbindungsprozesses.
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2 zeigt eine Induktionsspule
für das
erfindungsgemäße Verfahren.
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3 zeigt, teilweise in Querschnitt,
zwei Rohrteile, die mit einem Rohrbogen verbunden wurden sowie die
zugehörige
Vorrichtung.
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1 zeigt also eine Fläche eines
Querschnittes eines werdenden Verbindungspunktes, wo ein Hartlöt-/Lötmittel 2 vorhanden
ist im Anschluss zu der Verbindung oder dem Verbindungspunkt 3,
z. B. in Form eines Schweißringes.
Die Verbindungsteile 1a und 1b haben eine gute
Einpassung an der Kontaktfläche 4.
Diese gute Einpassung trägt
dazu bei, die gegenseitige Position der Verbindungsteile zu arretieren.
Der Verbindungspunkt 3 wird mittels einer Wärmequelle
zu der beabsichtigten Temperaturzone erhitzt. Diese Wärmequelle
kann eine Induktionsspule 5, ein Heißluftgebläse 6,das Heißluft auf
die Verbindung bläst,
oder eine offene Flamme eines Gasbrenners sein. Der Pfeil 7 symbolisiert
die Wärmezufuhr
zu den Verbindungsteilen 1a und 1b und zu der werdenden
Verbindung. Das Erzielen der korrekten Temperatur wird von einem
optischen Temperaturmessgerät 8 überwacht.
Ultraschall wird mittels eines akustischen Senders 9 angebracht,
wenn die korrekte Temperatur im Verbindungspunkt, oder genauer gesagt,
in der werdenden Verbindung, erreicht ist. Das Verbinden wird durch
jede Form von Temperatursteuerung oder -kontrolle zur Überwachung
von Temperaturniveaus und durch die Möglichkeit des Temperaturerhaltens
mit dem Ziel die Temperatur in der Verbindung auszugleichen, erleichtert.
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Ein
praktikables Beispiel von einer zuvor genannten Möglichkeit,
die Erfindung zu verwirklichen wird in 2 dargestellt. Die beiden Rohrteile 1B und 1C sollen
mit einem Rohrbogen 1A verbunden werden. Die Rohrteile
sind geweitet an den Teilen, die dem Rohrbogen am nächsten sind,
und umfassen dort die jeweiligen Enden des Rohr bogens sowie die umgebenden
Lötringe 2A, 2B.
Die Teile werden in der richtigen Position mittels einer Spannvorrichtung 10,
vorzugsweise aus Keramik, eingespannt. Zur Erhitzung des Materials
sind zwei Induktionsspulen 5A, 5B vorgesehen,
wobei in der Figur die untere Spule, die die geweiteten Teile umgibt,
etwas größer ist
als die obere Spule. Die Form der Induktionsspulen wird in 3 näher dargestellt. Die äußeren Teile
der Induktionsspulen sind derart geformt, dass sie eine optimale
Wärmeverteilung
an die Rohre und den Rohrbogen übertragen.
Dabei ist es wesentlich, dass der obere Teil, der äußere Male-Verbindungsteil,
d. h. der Rohrbogen in 2,
mindestens genau so schnell erhitzt wird, wie der untere Teil, d.
h. der Female-Verbindungsteil. Bei der umgekehrten Situation kann
der Zwischenraum zwischen den Teilen zu sehr geweitet werden, so
dass das Lötmaterial
ausfließen
kann.
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Die
Figuren zeigen auch, dass sowohl die Enden der #geweiteten Rohre
als auch die Enden des Rohrbogens konisch geformt sind. Die Einpassung
zwischen den Rohrteilen und einem etwaigen Lötring ist sehr wesentlich für das Erreichen
der richtigen Temperaturverteilung, und die Enden der Rohrteile
sollen vorzugsweise eine konische Form mit einem Winkel von ca.
1 : 15 aufweisen. Eine schlechte Einpassung bewirkt eine geringere
Hitzeübertragung und
eine verminderte Schwingungsübertragung
zwischen den Verbindungsteilen, was das ganze Verfahren entsprechend
verlangsamt und das Risiko einer undichten Verbindung erhöht.
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Die
Gesamtzykluszeit für
ein Verbinden von Rohrteilen gemäß dem oben
genannten Beispiel ist abhängig
von weiteren Parametern. Zuerst muss das Material auf eine Temperatur
gerade unterhalb von Solidus, die z. B. für eine Aluminiumlegierung mit
der Bezeichnung AA3103 bei 640°C
liegt, erhitzt werden, was bedeutet, dass ein Erhitzen bis 620–630°C, vorzugsweise
625°C, durchgeführt wird.
Die Dauer des Erhitzens ist abhängig
vom zugeführten
Effekt, und als Beispiel kann erwähnt werden, dass die Dauer
bei 5 kW zugeführtem
Effekt bei 18 Sekunden, bei 10 kW bei ca. 6 Sekunden beträgt. Nach
dem Erhitzen folgt eine Zeit des Beibehaltens der konstanten Temperatur
beim erreichten Temperaturniveau, wonach das Temperaturniveau etwas
abgesenkt wird, und die Ultraschallschwingungen angebracht werden.
Die Dauer des Beibehaltens der Temperatur sollte mit dem für das Erhitzen
verwendeten Effekt etwas verlängert werden
und variiert gewöhnlich
innerhalb des Intervalls um 15–25
Sekunden, bei sehr wohlgeformten Einpassungsteilen, kann jedoch
die Haltezeit noch weiter verringert werden.
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Die
Ultraschallschwingungen werden während
einer kurzen Dauer, 1–5
Sekunden, vorzugsweise 1–2
Sekunden, angebracht. Die Schwingungsfrequenz kann innerhalb eines
weiten Intervalls von ca. 360 Hz bis zu 60.000 Hz und höher variieren.
Aus praktischen Erwägungen,
wie beispielsweise verfügbare
Ausrüstung,
Arbeitsumfeld usw., wird vorzugsweise eine Frequenz oberhalb der
hörbaren
Region im Intervall von 23.000–43.000
Hz, vorzugsweise 30.000/35.000 Hz, gewählt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben genannten, schematischen Ausführungsformen
beschränkt, Veränderungen
können
im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche vorgenommen werden.